Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien

Präsentation zum Thema: "Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien"—  Präsentation transkript:

0 Modul „Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien“ (Teil I)
Datum: September 2014 Autor: Helmut Elbert

1 Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien
Gliederung Nanomaterialien und Arbeitsschutz: wichtige Begriffe (Teil I) Aufnahmewege beim Menschen (Teil II) Präventive Schutzmassnahmen (Teil III) 1

2 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Begriffe und Definitionen Nanomaterialien sind beabsichtigt hergestellte Materialien, die a) entweder in ein, zwei oder drei Dimensionen nanoskalig* sind (Nanoobjekte) b) oder deren innerer bzw. äusserer Aufbau nanoskalige Strukturen aufweist (nanostrukturierte Materialien). Nanoobjekte mit 3 Aussenmassen (= Dimensionen) im Nanomassstab werden als Nanopartikel bezeichnet. Für den Arbeitsschutz besonders relevant sind Stäube, die granuläre Nanopartikel oder faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) enthalten. Nanopartikel können sich durch stärkere bzw. schwächere Bindungskräfte zu Aggregaten bzw. Agglomeraten zusammenlagern. * nanoskalig = Dimensionen zwischen 1 und 100 Nanometern (Abk. nm)

3 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Abgrenzung: Nanostäube von Fein- und Ultrafeinstäuben "Nanostäube" sind Stäube, die granuläre Nanopartikel oder faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) im Grössenbereich von 1 bis 100 nm enthalten. "Ultrafeine Stäube" enthalten ebenfalls Partikel im Grössenbereich von 1 bis 100 nm. Sie entstehen jedoch im Gegensatz zu Nanostäuben unabsichtlich, z. B. bei thermischen Prozessen (u. a. Schweissprozesse) oder der mechanischen Bearbeitung von Werkstoffen. Für den Begriff „Feinstaub“ gibt es verschiedene Definitionen. Der Begriff "Feinstaub" wurde im Arbeitsschutz durch den Begriff „alveolengängige Staubfraktion“ („a-Staub“ steht für den Massenanteil der inhalierbaren Partikel, der bis in die Alveolen vordringt) ersetzt. 0.001 μm ( = 1 nm) 0.1 μm Nanostaub + Ultrafeinstaub 5 μm Feinstaub

4 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Begriffsunterschied: Nanopartikel und Ultrafeinstäube (1) Ultrafeinstäube (Partikelgrösse 1 bis 100 nm) … werden nicht gezielt hergestellt; sie entstehen als Nebenprodukt aus (thermischen) Prozessen. werden durch Menschen verursacht. Beispiele: Metallverarbeitung, Verbrennungsmotoren, Heizungen stammen aus natürlichen Quellen Beispiele: Vulkanasche, Waldbrände, Wirbelstürme Bestehen aus einem komplexen Gemisch von chemischen Substanzen (Metalle, Kohlenwasserstoffe, Inertmaterialien etc.)

5 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Begriffsunterschied: Nanopartikel und Ultrafeinstäube (2) Nanopartikel (Partikelgrösse 1 bis 100 nm) … werden gezielt hergestellt. haben besondere Eigenschaften u. Funktionen auf Grund der Nanometer-Grösse. Sie haben z.B. eine andere Farbe als dasselbe Material in Mikroform (z.B. Gold) oder sie sind viel reaktionsfreudiger (pyrophores Eisen). können sich durch stärkere bzw. schwächere Bindungskräfte zu Aggregaten bzw. Agglomeraten zusammenlagern. Beispiele: Industrie-Russ, Titandioxid, Zinkoxid, Carbon-Nanotubes (CNT)

6 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Übersicht: Nanomaterialien und deren Einteilung (in Anlehnung an die Definition von ISO, Technical Committee 229) N a n o m a t e r i a l i e n N a n o o b j e k t e N a n o s t r u k t u r i e r t e M a t e r i a l i e n Material mit 3 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Material mit 2 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Material mit 1 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Nano Komposite Faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) Nanopartikel / -stäbchen in Komposit (Granuläre) Nanopartikel Nanoplättchen Bsp.: In SiO einge-bund. Chitinstäbchen Beispiel anorg. Nanopartikel Beispiel anorg. Nanofaser Bsp.: Ceroxid 2 Besondere Relevanz für Arbeitsschutz

7 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Übersicht: Nanoobjekte und deren Einteilung N a n o o b j e k t e Material mit 3 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Material mit 2 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Material mit 1 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) (Granuläre) Nanopartikel Nanoplättchen Bsp.: Ceroxid Bsp. anorg.Nanopartikel Bsp. Anorg. Nanofaser Besondere Bedeutung für Arbeitsschutz

8 Nanostäube, Fein- und Ultrafeinstäube
Was versteht man unter Feinstaub ? Staub ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und damit so gut wie überall präsent. Je nach Größe der Staubteilchen (Partikel) spricht man von, Feinstaub oder ultrafeinem Staub. Feinstaub PM10, der kleiner als 10 Mikrometer ist, gelangt bis in den oberen Bereich der Lunge. Feinstaub PM2,5, der kleiner als 2,5 µm ist, dringt tief bis in die Atemwege zu den Bronchiolen vor. Ultrafeinstaub PM0,1 ist kleiner als 0,1 µm und kann sogar in die Lungenbläschen eindringen.

9 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Materialien / Partikel und ihre Grösse in μm Grosse Moleküle rote Blut-körperchen C Fulleren 60 Viren Bakterien Pollen Haardurchmesser 0.001 μm ( = 1 nm) 0.01 μm 0.1 μm 1 μm 10 μm 100 μm einatembarer Staub alveolengängiger Staub "Feinstaub" Nanopartikel / ultrafeine Aerosole 9

10 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Nanopartikel und ultrafeine Aerosole sind allgegenwärtig einige Beispiele aus der Praxis ( nm) Ort der Messung Partikelzahl pro cm3 Luft geschlossene Räume 1.000 – industrielle Arbeitsplätze 5.000 – stark befahrene Strasse bis zu am Ofen einer Bäckerei bis zu im Zigarettenrauch bis zu in Dieselmotorabgasen bis zu 10 Mrd.

11 Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Potentielle Gesundheitsgefahren durch Nanopartikel Vergiftungsgefahr bei Reinigungsspray "Magic Nano" - Produkt wurde kurzfristig bei Penny verkauft                                          Zwei Reinigungssprays, siw kuezfristig beim Discounter Penny im Angebot waren, sind wegen möglicher Gesundheitsgefahren aus dem Handel genommen worden. Es handelt sich dabei um die Produkte "Magic Nano Bad- und WC-Versiegeler" und "Magic Nano Glas- und Keramik-Versiegeler", wie der Hersteller Kleinmann in Sonnenbühl mitteilte. Die Produkte führten möglicherweise zu einer Reizung der Atemwege und könnten unter Umständen zur Atemnot führen. Gesundheitsgefahren könnten daher nicht "restlos" ausgeschlossen werden.    Gesundheit: Umweltbundesamt warnt vor Nanotechnologie Mittwoch, , 08:45                                                                                                                                                                                      dpa Nanotechnologie macht´s möglich: Honig perlt vom Löffel ab. Das Umweltbundesamt (UBA) warnt angesichts unerforschter Risiken vor einer sorglosen Verwendung von Nanoteilchen Fazit: Nanoprodukte können auch gefährlich sein - bisher ist hierüber (noch) zu wenig bekannt. Deshalb ist präventives Handeln angezeigt.

12 Aufnahmewege beim Menschen
Übersicht: Aufnahmewege für Nanopartikel beim Mensch inhalativ* = über Atemwege u. Lunge oral* = über Magen / Darm dermal* = über die Haut *zuzüglich Kombination(en) der drei Aufnahmewege = Nanopartikel

13 Aufnahmewege beim Menschen
Nanopartikel: Aufnahme über Atemwege u. Lunge (= inhalativer Aufnahmeweg) Nanopartikel werden hauptsächlich über die Atemwege aufgenommen. Inhalierte Nanopartikel besitzen die Fähigkeit, Gewebe zu durchdringen. So können sie über die Alveolen (= Lungenbläschen) der Lunge direkt in den Blutkreislauf und von dort in sekundäre Zielorgane (z. B. die Nieren) gelangen. Die Lunge ist das kritischste Organ bei der Aufnahme von Nanopartikeln in den Körper. Im Tierversuch wurde gezeigt, dass über das Epithel der Riechschleimhaut aufgenommene Nanopartikel bis in das Gehirn gelangen können.

14 Aufnahmewege beim Menschen
Aufnahme über den Magen / Darm (= oraler Aufnahmeweg) Nanopartikel können auch über die Schleimhäute des Magen-Darm-Traktes aufgenommen werden. Auch hier gilt: Je kleiner die Partikel sind, desto grösser ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer Ablagerung der aufgenommenen Partikel in bestimmten Geweben und Organen und zur Schädigung derselben kommen kann. Ist die Darmbarriere infolge entzündlicher Erkrankungen in seiner Funktion beeinträchtigt, können die Transportraten durchaus höher liegen, als bei einem gesunden Darm.

15 Aufnahmewege beim Menschen
Aufnahme über die Haut ( = dermaler Aufnahmeweg) Das gesundheitliche Risiko einer Aufnahme von staubförmigen Nanopartikeln über die Haut wird derzeit als gering beurteilt. Die gesunde Haut scheint eine wirksame Barriere gegen das Eindringen von Nanopartikeln zu sein.

16 Aufnahmewege beim Menschen
Eine mögliche Aufnahme von Nanomaterialien in den menschlichen Körper hängt davon ab, wie sie in der Umgebung vorliegen: Risiko bzgl. Körperaufnahme ohne Schutzmassnahmen gross mässig / gering Nanomaterialien freie Nanopartikel (inkl. Agglomerate u. Aggregate) Nanopartikel gebunden in eine andere Substanz Nanopartikel verteilt in einer Flüssigkeit (Suspension) Praxisbeispiel Arbeiten mit pulverförmigen Nanopartikeln Nanopartikel als Verstärkung in Kunststoffen Spray-Applikation, starkes Umrühren etc).

17 Präventive Schutzmassnahmen
Das „STOP-Modell“ Substitution: Gesundheitsgefährdende Stoffe durch harmlosere ersetzen. Technische Schutzmassnahmen: (= Kollektivschutz): Zum Erfassen, Begrenzen u. Abführen gefährlicher Gase, Dämpfe, Stäube. Organisatorische Schutzmassnahmen: z. B. Minimierung der Expositionszeiten, Zugangsbeschränkung etc. Personenbezogene Schutzmassnahmen: (Individualschutz): z. B. Verwendung persönlicher Schutzausrüstung

18 Präventive Schutzmassnahmen
Substitution = Gesundheitsgefährdende Stoffe werden durch harmlosere ersetzt. Beispiele: Ersatz pulverförmiger Nanopartikel-Zubereitungen durch solche, die Nanopartikel gebunden enthalten und damit eine Freisetzung erschweren (Dispersionen, Pasten, Granulate, Compounds etc.). Ersatz von Sprühanwendungen durch aerosolarme Verfahren (Streichen, Tauchen).

19 Präventive Schutzmassnahmen
Technische Schutzmassnahmen (= Kollektivschutz) Verwenden von geschlossenen Apparaturen u. Materialien-Transfersystemen Absaugen von Stäuben oder Aerosolen direkt an der Quelle Raumlüftung und Abluftfiltersystem für abgesaugte Luft vorsehen (HEPA-Filter H14), keine Abluft-Rezirkulation Abtrennung von Arbeitsbereichen (Separaträume) und Anpassung der Raumlüftung (leichter Unterdruck) Reinigung nur durch Aufsaugen mit geeigneten Geräten oder feucht aufwischen, kein Abblasen

20 Präventive Schutzmassnahmen
Organisatorische Schutzmassnahmen Beispiele: Minimieren der Expositionszeit Minimieren der Anzahl exponierter Personen Entstehen von Stäuben oder Aerosolen vermeiden Beschränkung des Zugangs Unterweisen des Personals über Gefahren und Schutzmassnahmen (Betriebsanweisungen)

21 Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (= Individualschutz) Sie sind notwendig, wenn Aerosolbildung und / oder Hautkontakt durch technische Massnahmen nicht ausgeschlossen werden können: Partikelfiltrierender Atemschutz (mindestens Filtertyp FFP2 gemäss SUVA) Schutzhandschuhe (bei Einweghandschuhen wird ein Übereinandertragen von 2 Handschuhen empfohlen) Geschlossene, gut sitzende Schutzbrille Schutzbekleidung mit Kapuze (non woven) Arbeitshygienemassnahmen (siehe Folien 11 und 12)

22 Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (1/7) Augenschutz: Mindestens eine dicht schliessende Schutzbrille verwenden (z. B. Korbbrille) Vollmasken bieten besseren Schutz: sie umschliessen das ganze Gesicht schützen gleichzeitig auch die Augen Als Folge der verbesserten Abdichtung zwischen Gesicht und Maske resultiert gleichermassen der bessere nominelle (Atem-)Schutzfaktor.

23 Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (2/7) Atemschutz: Wenn die Freisetzung von Nanopartikeln (als Staub oder Aerosol) nicht verhindert werden kann, zusätz-lich zu den technischen Massnahmen (siehe dort) eine Atemschutzmaske tragen (mindestens Halbmaske, Filterklasse 3; sie umschliesst Mund, Nase und Kinn). Dichtsitz der Maske speziell bei Bartträgern kontrollieren.

24 Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (3/7) Handschuhe (Hautschutz) Sorgfältiges An- und Ausziehen der Handschuhe und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig. Bei direktem Kontakt mit Nanopartikeln (fest, flüssig oder staubförmig) möglichst zwei Schichten von Handschuhen übereinander tragen (z. B. Latex- + Chemiehandschuhe oder zwei Einweghandschuhe übereinander tragen; dabei das Handschuhmaterial entsprechend den jeweiligen Chemikalien wählen. Die richtige Handhabung der Handschuhe ist wichtiger als die Durchdringzeit des Handschuhmaterials für Nanopartikeln.

25 Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (4/7) Schuhe / Stiefel (Hautschutz): Sorgfältiges An- und Ausziehen der Schuhe / Stiefel und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig.

26 Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (5/7) Schutzanzug (Hautschutz): Langärmeliger Schutzanzug aus Membranmaterial (non-woven oder Vlies, z. B. Tyvek®) mit Kapuze verwenden; gewobene Stoffe sind zu vermeiden Sorgfältiges An- und Ausziehen der Handschuhe und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig Gleichermassen wichtig ist das richtige An- und Ausziehen des Schutzanzugs (siehe Video:

27 Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (6/7) Allgemeine arbeitshygienische Massnahmen: Vermeidung gesundheitsschädlicher Arbeitsbedingungen Schaffung gesundheitsfördernder Arbeitsbedingungen Gegenstand der Arbeitshygiene: Sämtliche Belastungsfaktoren am Arbeitsplatz (z. B. Gefahrstoffe)

28 Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (7/7) Hygienemassnahmen: technische u. arbeitsmedizinische Massnahmen zum Abbau von Belastungen durch Arbeitsstoffe und -mittel saubere Arbeitsplätze, -geräte und -kleidung, geschützte Aufbewahrung der beruflich nicht eingesetzten Kleider (= Ausgangskleider) persönliche Hygienemassnahmen einschliesslich Hautschutz und Hautpflege (geeignete Waschgelegenheiten und -mittel etc.) besondere Schutzmassnahmen bei Tätigkeiten mit gefährlichen Stoffen.

29 Präventive Schutzmassnahmen
FAZIT: Die bisher vorliegenden Untersuchungsergebnisse zum Thema Arbeits- und Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien zeigen, dass die gegen Stäube üblichen Schutzmassnahmen auch gegenüber Nanopartikeln wirksam sind.